离子交换设计计算书

1混合离子交换器详细设计计算书宜兴市华电环保设备有限公司21工艺流程的设计由于原水水质较好，水中TDS含量较低。因此，本项目推荐选用传统的成熟工艺离子交换器作为系统的主脱盐设备；系统初期投资成本低、易于实现自动化。离子交换器采用双床浮动床工艺，它具有处理水量大、占地面积小、交换容量高等优点。根据计算，一级阳阴离子脱盐后的产水尚未达到生产工艺用水的要求，所以，在一级除盐装置之后，设置混合离子交换器，其出水水质完全满足设备采购方出水要求。为保证关键设备离子交换器的长期可靠稳定运行，则必须设置符合水质特点的预处理系统，满足离子交换器进水指标：SS3mg/L。2工艺流程总述2.1工艺流程：由净化水场来的原水经过水处理系统后到达超高压锅炉给水的要求后，通过管道送到除氧水站供超高压和高压锅炉使用。原水由全厂新鲜水管网送入除盐水站后，部分去凝结水换热后进生水罐，生水经新鲜水泵加压后，先经过滤器后进入阳离子交换器，因原水中HCO3-含量为20-42.1mg/L，为减少后级阴离子交换器的负荷，经过除CO2器除去重碳酸根后，由中间水泵经阴离子交换器和混合离子交换器后，去除盐水罐，最后由除盐水泵加压进除盐水管网供各用户使用。主体设备为单元式运行排列，同时也考虑母管式的连接组合。为了减少设备的台数、减少再生次数和酸碱耗量，增加运行时间。工艺如下：（原水箱）→原水泵→多介质过滤器→阳离子交换器→脱塔碳→中间水箱3→阴离子交换器→混合离子交换器→除盐水箱→除盐水泵→使用点2.2为了保证除盐水系统供应的可靠性，选择了五个系列；正常情况下，三个系列运行,一个系列再生，一个系列备用。其中设备包括：10台150吨/小时的纤维球过滤器（Ø2600mm），5套300吨/小时阳离子交换器(Ø3000mm），5套300吨/小时阴离子交换器(Ø3000mm），5套300吨/小时混合离子交换器(Ø2800mm）及其它辅助设备等组成。2.3本套水处理设备的原水水质按提供的水质报告设计，而最终制出900吨/小时除盐水。设计进水水质及出水水质1进水水质1.1除盐水物流特性本项目的原水来自于菱溪水库，其水质(供参考)为：分析项目单位分析结果PH值6.98~7.58SO42-mg/L1.8~3.51CL-mg/L2.87~14.85NO3-mg/L0.42~1.28CO32-mg/L0HCO3-mg/L20~42.1游离CO2mg/L1.01~3.02硅酸根（SiO2计）mg/L12.48~14.48Ca2+mgN/L0.06~0.09Mg2+mgN/L0.09~0.17总铁mgN/L0.015~0.14总硬度mgN/L0.13~0.254溶解氧mg/L6.37~13浑浊度度0.4~4.0电导率μs/cm8~24总悬浮固体mg/L5~78总溶解固体mg/L44~432经净化水场后的水质指标分析项目单位分析结果PH值7.99SO42-mg/L3.44CL-mg/L3.88NO3-mg/L1.25CO32-mg/L0HCO3-Mmol/L0.342游离CO2mg/L-硅酸根（SiO2计）mg/L0.371/2Ca2+mmol/L0.2061/2Mg2+mmol/L0.104总铁mg/L-总硬度Mmol/L0.31溶解氧mg/L-浑浊度度-电导率μs/cm-总悬浮固体mg/L-总溶解固体mg/L-1.2出水水质PH(25℃)6～75硬度μmol/L≈0电导率μs/cm(25°C)≤0.2铁μg/L≤20铜μg/L≤3SiO22-μg/L≤202处理水量处理水量为：900m3/h设备选型计算一、混床处理水量为：900m3/h，考虑系统自用水量10%，混床处理能力为990m3/h，采用多孔强碱I型201×7＃阴树脂和001×7＃阳树脂，混合树脂的单位周期制水量取6000m3/m3,1.混床总面积F＝Q/U=990/48=18.75(U取48m/h)2.混床计算台数n=F/0.785d2=18.75/0.785×2.82=3台（ф2800mm）一台再生一台备用，共5台3.实际正常运行流速单台混床处理量为930/3＝330m3/hU＝Q/F=4×330/(3.14×2.82)=53.62m/h4.树脂高度计算阳树脂体积Vc＝Π/4×D2×h阳阴树脂体积Va＝Π/4×D2×h阴混床运行周期选取为5天合120小时T=6000(V阳+V阴)/Q=[6000Π/4×D2×(h阳+h阴)]/330=120Hc:ha取1：26Hc＝353mmha＝706mm阳树脂高取360mm,阴树脂高取720mm5.阳树脂再生一次耗用30%盐酸量Bc1=Vcbc/30%=2.22×75/30%=523.6Kg/次6.阳树脂再生一次耗用30%盐酸体积Vc1=Bc1/rc1==524.6/1.149=455.7L/次7.盐酸计量槽的容积Vc2=1.2Vc1=1.2×455.7=546.8L8.稀释至5%盐酸溶液的体积Vc3=Vc*bc/5%*rc2=3070.5L/次9.阳树脂再生一次释用除水用量Vc4=Vc3-Vc1=3070.5-455.7=2614.8L/次10.30%盐酸的平均月耗量Bc2=30×24*Bc1/T=30×24×523.6/120=3141.7Kg/月11.30%盐酸的平均年耗用量Bc3=12*Bc1=37699/年=37.7吨/年12.阴树脂再生一次耗用30%NaOH量Ba1=Va*ba/30%=4.43*70/30%=916Kg/次13.阴树脂再生一次耗用30%NaOH体积Va1=Ba1/ra1=916/1.328=735.9L14.NaOH计量槽的容积Va2=Va1×1.2=735.9×1.2=885L15.稀释至4%NaOH溶液的体积Va3=Va×ba/4%ra2=3.926×70/4%*1.043=6587.2L16.阴树脂再生一次稀释用除盐水量Va4=Va3-Va1=6587.2-735.9=5851.3L17.30%NaOH的平均月耗量Ba2=30×24×Ba1/T=30×24×916/120=5496Kg/月18.30%NaOH的平均年耗量7Ba3=Ba2×12＝65952Kg/年=65.95吨/年19.离子交换器酸废水排放量G1`=V*E(N-N1)*10-3=2.154×550×(150-36.5)×10-3=134.5Kg/周期20.离子交换器碱废水排放量G2`=V*E(N-N1)*10-3=4.038×250×(250-40)×10-3=212Kg/周期21.废碱液中能被废酸液中和的部分的酸量G3=11`40GN=5.3604134.5=147.4Kg/周期22.剩余碱量G4=G2`-G3=212-147.4=64.6Kg/周期23.中和后碱性废水排放量Q=V1+V2+V3+V4=23.08+3.16+3.16+92.32=121.7m323.碱性废水浓度A1=Q4G=7.1246.64=0.518g/l24.排放碱性废水PH值PH＝14-lg401A=14-lg40518.0=12.1125.体外管系接口规范进、出水口管径计算Q＝u*Π/4×D2=2×3600×3.14×D2/4=330D=242mm取250mm反洗进水、排水管管径计算Q＝10Π/4×2.82=u*Π/4×D2=1.5×3600×3.14/4×D2D=121mm取150mm进碱管管径计算Q＝5Π/4×2.82=u*Π/4×D2=1.5×3600×3.14/4×D2D=85mm取100mm进水管：DN250，PN1.0MPa8出水管：DN250,PN1.0MPa中间排水管：DN100,PN1.0MPa反洗进水管：DN150，PN1.0MPa反洗排水管：DN150，PN1.0MPa正洗排水管：DN100，PN1.0MPa进气管：DN65，PN1.0MPa排气管：DN40，PN1.0MPa进碱管：DN100，PN1.0MPa进酸管：DN100，PN1.0MPa26.筒体高度计算反洗膨胀率50%，直筒高度h=(0.36+0.72)×(1+50%)/80%=2.05m二、阴双室双层浮动床阴双室双层浮动床直径取ф3000，采用D301弱碱阳离子交换树脂和201×7强碱阳离子交换树脂,运行周期取120h。1.弱碱阴树脂量计算Va1=1S1ETQ×k1=850120330199.0×1.20=11.138m3Va1＝Π/4×D2×h弱碱＝3.14/4*32*h弱碱=11.138m3h弱酸=1.568m取1600mm2.强碱阴树脂量计算Va2=2S2ETQ×k2=400120330086.0×1.10=9.372m3Va2＝Π/4×D2×h弱碱＝3.14/4*32*h弱碱=9.372m3h弱酸=1.309m取1300mm3.阴床再生用碱量G2=(Va1*E1+Va2*E2)*q*10-3=(11.138×850+9.372×400)×60×10-39=793Kg30%NaOH一次投加体积V2=2*2*1000G2rC=328.1%301000793=1.99m34%NaOH一次投加体积V2=2*2*1000G2rC=043.1%41000793=19.25m34.每周期碱排放量计算G2=V*E(N-N1)*10-3=(10.125×850+8.52×400)×(65-40)×10-3=300.4Kg5.碱性废水排放体积Q1=V2+V3+V4=17.5+38.86+37.28=93.6m36.体外管系接口规范Q＝u*Π/4×D2=2×3600×3.14×D2/4=330D=242mm取250mm反洗进水、排水管管径计算Q＝10Π/4×32=u*Π/4×D2=1.5×3600×3.14/4×D2D=129mm取150mm进碱管管径计算Q＝5Π/4×32=u*Π/4×D2=1.5×3600×3.14/4×D2D=91mm取100mm进水管：DN250，PN1.0MPa出水管：DN250,PN1.0Mpa再生液进水管：DN100，PN1.0Mpa再生液出水管：DN100，PN1.0Mpa排水管：DN200，PN1.0Mpa正洗进水管：DN100，PN1.0Mpa正洗出水管：DN150，PN1.0Mpa排气管：DN40，PN1.0Mpa10上部进树脂口：DN100，PN1.0Mpa下部进树脂口：DN100，PN1.0Mpa上部排树脂口：DN100，PN1.0Mpa下部排树脂口：DN100，PN1.0Mpa7.筒体高度计算反洗膨胀率50%，直筒高度h=(1.3+1.6)×(1+50%)/90%=4.83m三、阳双室双层浮动床阳双室双层浮动床直径取ф3000，采用D113-Ⅲ弱酸离子交换树脂和001×7强酸阳离子交换树脂,运行周期取120h。1.弱酸阳树脂量计算Vc1=1)(ETQaHz×K1=1800120330)15.034.0(×1.15=4.81m3Vc1＝Π/4×D2×h弱酸＝3.14/4×32×h弱酸=4.81m3h弱酸=0.68m取700mm2.强酸阳树脂量计算Vc2=1S2ETQ×k1=1000120330)19.031.(0×1.20=5.71m3Vc2＝Π/4×D2×h强酸＝3.14/4*32*h弱酸=5.71m3H强酸=0.81m取850mm3.阳床再生用酸量(HCl)G1=(Vc1*E1+Vc2*E2)*q*10-3=(4.81×1800+5.71×1000)×50×10-3=718.4Kg30%HCl一次投加体积V2=2*2*1000G2rC=149.1%3010004.718=2.09m34%NaOH一次投加体积V2=2*2*1000G2rC=023.1%410004.718=17.56m34.离子交换器酸废水排放量11G2`=V*E(N-N1)*10-3=(4.93×1800+5.61×1000)×(50-36.5)×10-3=195Kg/周期5.酸性废水排放体积Q2=V1+V2+V3+V4=11.8+17.7+42.39+19.12=91.